JP2019035109A - Growing device and method of boron nitride film - Google Patents

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Abstract

To form a uniform h-BN film more simply by using a horizontal type CVD device.SOLUTION: A growing device of a boron nitride film includes a horizontal type (lateral type) reaction tube 101 having one end provided with an introduction port 102 for introducing raw material gas, and the other end provided with a discharge port 103, a raw material gas supply part 104 for supplying the raw material gas into the reaction tube 101 from the introduction port 102, and an auxiliary reaction tube 105 arranged inside the reaction tube 101. The auxiliary reaction tube 105 is arranged extendedly in the same direction as an extension direction of the reaction tube 101, and the auxiliary reaction tube 105 includes a closed part 106 on the introduction port 102 side, and an opening 107 on the discharge port 103 side.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、六方晶系の窒化ホウ素からなる膜を形成する窒化ホウ素膜の成長装置および方法に関する。   The present invention relates to a boron nitride film growth apparatus and method for forming a film made of hexagonal boron nitride.

六方晶系の窒化ホウ素(h−BN)は、本質的に絶縁体であり、化学的に不活性であり、またダングリングボンドのない原子レベルでスムースな表面を持つため、グラフェンや他の2次元材料と同様に、素子にとって優れた誘電材料となる。このため、h−BN膜の製造は、非常に重要な技術となる。   Hexagonal boron nitride (h-BN) is essentially an insulator, chemically inert, and has a smooth surface at the atomic level without dangling bonds, so graphene and other 2 Like the dimensional material, it is an excellent dielectric material for the device. For this reason, the manufacture of the h-BN film is a very important technique.

現在、大きな面積にh−BN膜を形成する技術としては、主に産業にも適応できる熱CVD(Chemical Vapor Deposition)法がある。例えば、水平型(横型)CVD装置を用いた熱CVD法によれば、簡便に大面積のh−BN膜が形成できる。しかし、このようなCVD法によるh−BN膜の形成では、膜厚(層数)の均一性が悪く、剥離法により作製したh−BN膜よりも特性が悪くなる。例えば、アモルファス状の粒子が形成される場合がある。また、単層の窒化ホウ素を形成しようとしても、多層窒化ホウ素の層などが形成される。このような3次元構造は、薄膜の膜厚方向に誘電率の分布を誘発するなどの問題がある(非特許文献1,2,3参照)。   Currently, as a technique for forming an h-BN film in a large area, there is a thermal CVD (Chemical Vapor Deposition) method that can be applied mainly to industries. For example, a thermal CVD method using a horizontal (horizontal) CVD apparatus can easily form a large-area h-BN film. However, in the formation of the h-BN film by such a CVD method, the uniformity of the film thickness (number of layers) is poor, and the characteristics are worse than those of the h-BN film manufactured by the peeling method. For example, amorphous particles may be formed. Further, even if a single layer of boron nitride is to be formed, a multilayer boron nitride layer or the like is formed. Such a three-dimensional structure has a problem of inducing a dielectric constant distribution in the thickness direction of the thin film (see Non-Patent Documents 1, 2, and 3).

一方、より均質(高品質)なh−BNの形成技術として、ボラジン(シクロトリボラザン)の化学気相成長法により、Ir(111)の上にエピタキシャル成長によりh−BN膜を形成する技術(非特許文献4)がある。また、再凝固したCu上にh−BN膜を成長する技術もある(非特許文献5参照)。また、Cu−Ni合金箔の上に単結晶h−BN粒子を合成する技術がある(非特許文献6)。また、折りたたんだ銅箔で囲った領域にh−BN単層膜を形成する技術がある(非特許文献7)。また、サファイア基板の上に非常に高い温度でh−BN膜を形成する技術もある(非特許文献8)。   On the other hand, as a more homogeneous (high quality) h-BN formation technique, a technique for forming an h-BN film by epitaxial growth on Ir (111) by chemical vapor deposition of borazine (cyclotriborazane) ( Non-patent document 4). There is also a technique for growing an h-BN film on re-solidified Cu (see Non-Patent Document 5). In addition, there is a technique for synthesizing single crystal h-BN particles on a Cu-Ni alloy foil (Non-Patent Document 6). In addition, there is a technique for forming an h-BN single layer film in a region surrounded by a folded copper foil (Non-patent Document 7). There is also a technique of forming an h-BN film on a sapphire substrate at a very high temperature (Non-patent Document 8).

K. K. Kim et al., "Synthesis of Monolayer Hexagonal Boron Nitride on Cu Foil Using Chemical Vapor Deposition", Nano Letter, vol. 12, pp. 161-166, 2012.K. K. Kim et al., "Synthesis of Monolayer Hexagonal Boron Nitride on Cu Foil Using Chemical Vapor Deposition", Nano Letter, vol. 12, pp. 161-166, 2012. M. S. Bresnehan et al., "Integration of Hexagonal Boron Nitride with Quasi-freestanding Epitaxial Graphene: Toward Wafer-Scale, High-Performance Devices", ACS Nano, vol. 6, no. 6, pp. 5234-5241, 2012.M. S. Bresnehan et al., "Integration of Hexagonal Boron Nitride with Quasi-freestanding Epitaxial Graphene: Toward Wafer-Scale, High-Performance Devices", ACS Nano, vol. 6, no. 6, pp. 5234-5241, 2012. C. Pan et al., "Coexistence of Grain-Boundaries-Assisted Bipolar and Threshold Resistive Switching in Multilayer Hexagonal Boron Nitride", Advanced Functional Materials, vol. 27, 1604811, 2017.C. Pan et al., "Coexistence of Grain-Boundaries-Assisted Bipolar and Threshold Resistive Switching in Multilayer Hexagonal Boron Nitride", Advanced Functional Materials, vol. 27, 1604811, 2017. F. Orlando et al., "Epitaxial Growth of a Single-Domain Hexagonal Boron Nitride Monolayer", ACS Nano, vol. 8, no. 12, pp. 12063-12070, 2014.F. Orlando et al., "Epitaxial Growth of a Single-Domain Hexagonal Boron Nitride Monolayer", ACS Nano, vol. 8, no. 12, pp. 12063-12070, 2014. R. Y. Tay et al., "Synthesis of aligned symmetrical multifaceted monolayer hexagonal boron nitride single crystals on resolidified copper", Nanoscale, vol. 8, pp. 2434-2444, 2016.R. Y. Tay et al., "Synthesis of aligned symmetrical multifaceted monolayer hexagonal boron nitride single crystals on resolidified copper", Nanoscale, vol. 8, pp. 2434-2444, 2016. G. Lu et al., "Synthesis of large single-crystal hexagonal boron nitride grains on Cu. Ni alloy", Nature Communications, vol. 6, 6160, 2015.G. Lu et al., "Synthesis of large single-crystal hexagonal boron nitride grains on Cu. Ni alloy", Nature Communications, vol. 6, 6160, 2015. X. Song et al., "Chemical vapor deposition growth of large-scale hexagonal boron nitride with controllable orientation", Nano Research, vol. 8, no. 10, pp. 3164-3176, 2015.X. Song et al., "Chemical vapor deposition growth of large-scale hexagonal boron nitride with controllable orientation", Nano Research, vol. 8, no. 10, pp. 3164-3176, 2015. A- R. Jang et al., "Wafer-Scale and Wrinkle-Free Epitaxial Growth of Single-Orientated Multilayer Hexagonal Boron Nitride on Sapphire", Nano Letters, vol. 16, pp. 3360-3366, 2016.A- R. Jang et al., "Wafer-Scale and Wrinkle-Free Epitaxial Growth of Single-Orientated Multilayer Hexagonal Boron Nitride on Sapphire", Nano Letters, vol. 16, pp. 3360-3366, 2016.

しかしながら、前述した従来の技術では、高品質なh−BNが形成できるが、特別に設計された基板が必要となり、また、大幅に高い温度が必要となるなど、多くのエネルギーや時間を必要とし、コストが上昇するなどの問題があった。このように、従来では、均一なh−BNの形成には、手間がかかりコストがかかるという問題があった。   However, the above-described conventional technology can form high-quality h-BN, but requires a specially designed substrate and requires a lot of energy and time, such as a significantly high temperature. There were problems such as rising costs. Thus, conventionally, there has been a problem that it takes time and cost to form uniform h-BN.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、水平型CVD装置を用いてより簡便に均一なh−BN膜が形成できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to make it possible to more easily form a uniform h-BN film using a horizontal CVD apparatus.

本発明に係る窒化ホウ素膜の成長装置は、水平型の反応管と、反応管の一方に設けられた原料ガスを導入する導入口と、反応管の他方に設けられた排出口と、導入口より反応管に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、反応管の内部に反応管の延在方向と同一の方向に延在して配置されて導入口の側が閉口されて排出口の側に開口部を備える副反応管と、反応管の内部に配置されて処理対象の基板が載置される基板載置台と、反応管の内部を加熱する加熱部とを備える。   A boron nitride film growth apparatus according to the present invention includes a horizontal reaction tube, an introduction port for introducing a raw material gas provided on one side of the reaction tube, an exhaust port provided on the other side of the reaction tube, and an introduction port. A raw material gas supply unit for supplying a raw material gas to the reaction tube; and an inner portion of the reaction tube extending in the same direction as the extending direction of the reaction tube, the inlet side being closed and the outlet side being closed A sub-reaction tube having an opening, a substrate placing table on which a substrate to be processed is placed, and a heating unit for heating the inside of the reaction tube.

上記窒化ホウ素膜の成長装置において、反応管の延在方向において、加熱部による加熱領域の排出口の側の端部の位置は、副反応管の開口部と同じ位置とされている。   In the boron nitride film growth apparatus, in the extending direction of the reaction tube, the position of the end portion on the discharge port side of the heating region by the heating unit is the same position as the opening of the secondary reaction tube.

上記窒化ホウ素膜の成長装置において、基板載置台は、開口部より内側に130mm〜230mmの範囲に配置されていればよい。   In the boron nitride film growth apparatus, the substrate mounting table may be disposed in a range of 130 mm to 230 mm inside the opening.

上記窒化ホウ素膜の成長装置において、基板載置台は、基板の平面を反応管の延在方向に対して平行に配置するとよい。   In the boron nitride film growth apparatus, the substrate mounting table is preferably arranged so that the plane of the substrate is parallel to the extending direction of the reaction tube.

本発明に係る窒化ホウ素膜の成長方法は、上述した窒化ホウ素膜の成長装置を用いた窒化ホウ素膜の成長方法であって、基板載置台の上に窒化ホウ素の成長の触媒となる触媒金属から構成された成長基板を載置する第1工程と、反応管の内部を加熱部により加熱することで成長基板を加熱する第2工程と、導入口から原料ガスを供給する第3工程と、導入口から供給された原料ガスが排出口に向けて流れている状態で、加熱された成長基板の上に六方晶系の窒化ホウ素からなる窒化ホウ素膜を成長させる第4工程とを備える。   A method of growing a boron nitride film according to the present invention is a method of growing a boron nitride film using the above-described boron nitride film growth apparatus, and comprises a catalytic metal serving as a catalyst for the growth of boron nitride on a substrate mounting table. A first step of placing the constructed growth substrate, a second step of heating the growth substrate by heating the inside of the reaction tube by a heating unit, a third step of supplying a source gas from the inlet, and an introduction And a fourth step of growing a boron nitride film made of hexagonal boron nitride on the heated growth substrate in a state where the source gas supplied from the mouth is flowing toward the outlet.

以上説明したように、本発明によれば、水平型の反応管の内部に、導入口の側が閉口された副反応管を備えるようにしたので、水平型CVD装置を用いてより簡便に均一なh−BN膜が形成できるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, the horizontal reaction tube is provided with the sub-reaction tube whose inlet side is closed, so that it can be more easily and uniformly formed using the horizontal CVD apparatus. An excellent effect that an h-BN film can be formed is obtained.

図1は、本発明の実施の形態における窒化ホウ素膜の成長装置の構成を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a boron nitride film growth apparatus according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の実施の形態における窒化ホウ素膜の成長方法を説明するためのフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart for explaining a method of growing a boron nitride film in the embodiment of the present invention. 図3は、窒化ホウ素膜を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す写真である。FIG. 3 is a photograph showing the results of observing the boron nitride film with a scanning electron microscope.

以下、本発明の実施の形態における窒化ホウ素膜の成長装置について図1を参照して説明する。図1では、断面を模式的に示している。この窒化ホウ素膜の成長装置は、まず、水平型(横型)の反応管101を備える。反応管101は、一般的な水平型CVD装置で用いられるものであり、例えば、円筒とされ、一端には、原料ガスを導入する導入口102が設けられ、他端は排出口103となっている。   A boron nitride film growth apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 schematically shows a cross section. This boron nitride film growth apparatus includes a horizontal (horizontal) reaction tube 101 first. The reaction tube 101 is used in a general horizontal CVD apparatus. For example, the reaction tube 101 is a cylinder, provided with an introduction port 102 for introducing a source gas at one end and an exhaust port 103 at the other end. Yes.

また、この成長装置は、導入口102より反応管101に、原料ガスを供給する原料ガス供給部104を備える。原料ガスは、例えば、アンモニアボラン(ボラザン、H3NBH3)のガスである。原料ガス供給部104は、例えば、水素などのキャリアガスとともに原料ガスを供給する。 The growth apparatus further includes a source gas supply unit 104 that supplies source gas to the reaction tube 101 from the inlet 102. The source gas is, for example, ammonia borane (borazane, H 3 NBH 3 ) gas. The source gas supply unit 104 supplies source gas together with a carrier gas such as hydrogen, for example.

また、この成長装置は、反応管101の内部に副反応管105を備える。副反応管105は、反応管101の延在方向と同一の方向に延在して配置されている。また、副反応管105は、導入口102の側の部分106が閉口され、排出口103の側に開口部107を備える。副反応管105は、例えば、石英、サファイア、アルミナ、タングステンなどの1000℃以上の高温で安定な材料から構成されていればよい。また、反応管101の内部には、処理対象の成長基板121が載置される基板載置台108が設けられている。例えば、基板載置台108は、成長基板121の平面を反応管101の延在方向に対して平行に配置する。   In addition, this growth apparatus includes a secondary reaction tube 105 inside the reaction tube 101. The sub-reaction tube 105 extends in the same direction as the reaction tube 101 extends. Further, the side reaction tube 105 is closed at a portion 106 on the introduction port 102 side, and includes an opening 107 on the discharge port 103 side. The secondary reaction tube 105 may be made of a material that is stable at a high temperature of 1000 ° C. or higher, such as quartz, sapphire, alumina, or tungsten. In addition, a substrate mounting table 108 on which a growth substrate 121 to be processed is mounted is provided inside the reaction tube 101. For example, the substrate mounting table 108 arranges the plane of the growth substrate 121 in parallel with the extending direction of the reaction tube 101.

また、この成長装置は、一般的な水平型CVD装置と同様に、反応管101の内部を加熱するヒータ(加熱部)109を備える。ここで、反応管101の延在方向において、ヒータ109による加熱領域の排出口103の側の端部109aの位置は、副反応管105の開口部107と同じ位置とされている。   The growth apparatus also includes a heater (heating unit) 109 that heats the inside of the reaction tube 101, as in a general horizontal CVD apparatus. Here, in the extending direction of the reaction tube 101, the position of the end 109 a on the discharge port 103 side of the heating region by the heater 109 is the same position as the opening 107 of the sub reaction tube 105.

ここで、反応管101は、直径36mmの円筒である。また、ヒータ109は、反応管101の延在方向に長さ490mmにわたる加熱領域を備えている。また、副反応管105は、直径16mmの円筒であり、反応管101の延在方向に長さ300mmとされている。なお、反応管101の長さは、ヒータ109による加熱領域と同じかまたは短ければよい。   Here, the reaction tube 101 is a cylinder having a diameter of 36 mm. In addition, the heater 109 includes a heating region extending in a length of 490 mm in the extending direction of the reaction tube 101. The side reaction tube 105 is a cylinder having a diameter of 16 mm and has a length of 300 mm in the extending direction of the reaction tube 101. Note that the length of the reaction tube 101 may be the same as or shorter than the heating region by the heater 109.

次に、本発明の実施の形態における窒化ホウ素膜の成長方法について、図2を参照して説明する。この成長方法は、上述した成長装置を用いる。まず、第1工程S101で、基板載置台108の上に、成長基板121を載置する。成長基板121は、例えば銅やニッケルなどの窒化ホウ素の成長の触媒となる触媒金属から構成されている。例えば、成長基板121は銅箔であればよい。   Next, a method for growing a boron nitride film in the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This growth method uses the growth apparatus described above. First, in the first step S <b> 101, the growth substrate 121 is mounted on the substrate mounting table 108. The growth substrate 121 is made of a catalyst metal that serves as a catalyst for the growth of boron nitride, such as copper or nickel. For example, the growth substrate 121 may be a copper foil.

次に、第2工程S102で、反応管101の内部をヒータ109により加熱することで成長基板121を加熱する。例えば、成長基板121が1000℃程度となるように加熱する。   Next, in the second step S102, the growth substrate 121 is heated by heating the inside of the reaction tube 101 with the heater 109. For example, the growth substrate 121 is heated to about 1000 ° C.

次に、第3工程S103で、原料ガス供給部104を動作させ、導入口102から原料ガスを供給する。例えば、アンモニアボランを70〜90℃に加温してアンモニアボランのガスを原料ガスとして生成し、水素ガスをキャリアガスとし、生成したアンモニアボランのガスを供給すればよい。このように供給された原料ガスは、反応管101の内部を、導入口102から排出口103に流れていく。しかしながら、副反応管105は、部分106が閉口されている。このため、副反応管105には、開口部107の側から、主として拡散の作用(物質移動)によって、原料ガスが移動して成長基板121の表面に到達する。   Next, in the third step S <b> 103, the source gas supply unit 104 is operated to supply source gas from the inlet 102. For example, ammonia borane may be heated to 70 to 90 ° C. to generate ammonia borane gas as a source gas, hydrogen gas as carrier gas, and the generated ammonia borane gas to be supplied. The source gas supplied in this manner flows through the reaction tube 101 from the inlet 102 to the outlet 103. However, the portion 106 of the side reaction tube 105 is closed. For this reason, the raw material gas moves to the side surface of the growth substrate 121 from the opening 107 side mainly by the action of diffusion (mass transfer).

次に、第4工程S104で、上述したように、導入口102から供給された原料ガスが排出口103に向けて反応管101の中を流れている状態で、加熱されている成長基板121の上に六方晶系の窒化ホウ素からなる窒化ホウ素膜を成長させる。なお、上述では、所定温度に加熱されている成長基板121の上に、原料ガスが供給されるようにしたが、これに限るものではない。上述したように成長基板121の上に原料ガスを供給し、この状態で、成長基板121の加熱を開始してもよい。   Next, in the fourth step S <b> 104, as described above, the source substrate gas supplied from the inlet 102 flows through the reaction tube 101 toward the outlet 103, and the growth substrate 121 that is heated is heated. A boron nitride film made of hexagonal boron nitride is grown thereon. In the above description, the source gas is supplied onto the growth substrate 121 heated to a predetermined temperature. However, the present invention is not limited to this. As described above, the source gas may be supplied onto the growth substrate 121, and heating of the growth substrate 121 may be started in this state.

以下、実施の形態による窒化ホウ素膜の成長装置を用いた窒化ホウ素膜の成長方法により、実際に窒化ホウ素膜を作製した実験結果について説明する。なお、実験では、一般的な水平型CVD装置で、参照となるh−BN(比較試料)も作製した。   Hereinafter, experimental results of actually producing a boron nitride film by the boron nitride film growth method using the boron nitride film growth apparatus according to the embodiment will be described. In the experiment, a reference h-BN (comparative sample) was also produced with a general horizontal CVD apparatus.

実験では、副反応管105の内部において、成長基板121を、開口部107より内側に235mm以上離れた範囲に配置して試料1を作製した。また、副反応管105の内部において、成長基板121を、開口部107より内側に175mmから230mm離れた範囲に配置して試料2を作製した。また、副反応管105の内部において、成長基板121を、開口部107より内側に130mmから170mm離れた範囲に配置して試料3を作製した。また、副反応管105の内部において、成長基板121を、開口部107より内側に90mm離れた範囲に配置して試料4を作製した。なお、実験では、基板載置台108を用いず、副反応管105の内部に成長基板121を直接載置した。   In the experiment, the sample 1 was prepared by arranging the growth substrate 121 in the sub-reaction tube 105 within a range of 235 mm or more inside the opening 107. In addition, the sample 2 was prepared by arranging the growth substrate 121 inside the sub-reaction tube 105 in a range of 175 mm to 230 mm away from the opening 107. In addition, in the sub reaction tube 105, the growth substrate 121 was arranged in a range away from 130 mm to 170 mm inside the opening 107 to prepare the sample 3. In addition, the sample 4 was prepared by arranging the growth substrate 121 in a range 90 mm away from the opening 107 inside the side reaction tube 105. In the experiment, the growth substrate 121 was directly placed inside the sub reaction tube 105 without using the substrate placing table 108.

また、いずれの試料の作製においても、キャリアガスとして水素を20〜40sccm流している。なお、sccmは流量の単位であり、0℃・1013hPaの流体が1分間に1cm3流れることを示す。また、原料ガス供給部104において、アンモニアボランを70〜90℃に加温してアンモニアボランのガスを生成して原料ガスとして供給した。また、ヒータ109の加熱により、成長温度を1000〜1050℃とした。 In any sample preparation, hydrogen is supplied at 20 to 40 sccm as a carrier gas. Note that sccm is a unit of flow rate, and indicates that a fluid at 0 ° C. and 1013 hPa flows 1 cm 3 per minute. Further, in the source gas supply unit 104, ammonia borane was heated to 70 to 90 ° C. to generate ammonia borane gas and supplied as source gas. The growth temperature was set to 1000 to 1050 ° C. by heating the heater 109.

上述した各試料について、走査型電子顕微鏡による観察(撮影)を行った結果について、図3を参照して説明する。図3において、(a)は比較試料の結果を示し、(b)は試料1の結果を示し、(c)は試料2の結果を示し、(d)は試料3の結果を示し、(e)は試料4の結果を示している。   The results of observation (photographing) of each sample described above with a scanning electron microscope will be described with reference to FIG. In FIG. 3, (a) shows the result of the comparative sample, (b) shows the result of Sample 1, (c) shows the result of Sample 2, (d) shows the result of Sample 3, and (e ) Shows the result of Sample 4.

図3の(a)に示すように、比較試料では、全面を覆う単層h−BN膜に、多くのマルチドメインを含んでいる。図3の(a)において、白のドット状の部分は、非常に小さなサイズの多層h−BNの部分である。また、図3の(a)において、背景のコントラストは、異なる面方位を持つ銅のグレインによるものである。   As shown to (a) of FIG. 3, in the comparative sample, the single layer h-BN film | membrane which covers the whole surface contains many multi domains. In FIG. 3A, the white dot-shaped portion is a portion of the multilayer h-BN having a very small size. In FIG. 3A, the background contrast is due to copper grains having different plane orientations.

図3の(b)〜(e)に示す試料1〜試料4では、多層h−BNなどのマルチドメインの形成がかなり抑制されている。   In samples 1 to 4 shown in FIGS. 3B to 3E, the formation of multi-domains such as multilayer h-BN is considerably suppressed.

ここで、図3の(b)において、背景のコントラストは、異なる面方位を持つ銅のグレインによるものである。また、図3の(b)において、白のドット状の部分は、非常に小さなサイズの多層h−BNである。また、図3の(b)において、黒のドット状の部分は、単相h−BNである。   Here, in FIG. 3B, the background contrast is due to copper grains having different plane orientations. In FIG. 3B, the white dot-shaped portion is a multilayer h-BN having a very small size. In FIG. 3B, the black dot-shaped portion is a single phase h-BN.

また、図3の(c)において、黒い部分はつながった単相h−BNのドメインであり、明るい三角形部は銅が露出している部分である。また、図3の(d)では、全体が単相h−BNで覆われている状態が示されており、背景のコントラストは、異なる面方位を持つ銅のグレインによるものある。また、図3の(e)では、全体が単相h−BNで覆われている状態が示されており、白いドット状の部分は、単相h−BN上に形成された多層h−BNのドメインであり、背景のコントラストは、異なる面方位を持つ銅のグレインによるものである。   In FIG. 3C, the black portions are connected single-phase h-BN domains, and the bright triangular portions are portions where copper is exposed. FIG. 3D shows a state in which the whole is covered with a single phase h-BN, and the background contrast is due to copper grains having different plane orientations. Further, FIG. 3E shows a state where the whole is covered with the single-phase h-BN, and a white dot-like portion is a multilayer h-BN formed on the single-phase h-BN. The background contrast is due to copper grains with different plane orientations.

ここでより詳細には、単層h−BNの被覆率は、副反応管105の内部における開口部107からの成長基板121の位置に関連しており、これが4つの領域に分けられる。第1に、図3の(b)に示すh−BNが成長しない領域がある。第2に、図3の(c)に示す均一な準単層のh−BN膜の成長する領域がある。第3に、高均一に完全に覆われた状態の単層h−BN膜が成長する領域がある。第4に、単層h−BNが数層の多層構造に形成される領域がある。   More specifically, the coverage of the single layer h-BN is related to the position of the growth substrate 121 from the opening 107 inside the secondary reaction tube 105, which is divided into four regions. First, there is a region where h-BN does not grow as shown in FIG. Second, there is a region where a uniform quasi-single layer h-BN film grows as shown in FIG. Third, there is a region where a single-layer h-BN film in a state of being completely and completely covered is grown. Fourth, there is a region in which the single layer h-BN is formed in a multilayer structure of several layers.

第1の領域と第4の領域は、本装置における均一な単層h−BNの成長にとって、成長基板121の最適な配置範囲から外れている。従って、基板載置台108(成長基板121)は、副反応管105の開口部107より内側に130mm〜230mmの範囲に配置されていればよい。言い換えると、副反応管105の内部に配置される成長基板121(の中心位置)は、開口部107との距離が、130mm〜230mmの範囲となっていればよい。   The first region and the fourth region are out of the optimal arrangement range of the growth substrate 121 for the growth of the uniform single layer h-BN in the present apparatus. Therefore, the substrate mounting table 108 (growth substrate 121) may be disposed in the range of 130 mm to 230 mm inside the opening 107 of the sub reaction tube 105. In other words, the growth substrate 121 (the center position thereof) disposed inside the sub-reaction tube 105 only needs to be within a range of 130 mm to 230 mm from the opening 107.

以上に説明したように、本発明によれば、水平型の反応管の内部に、導入口側が閉口された副反応管を備えるようにしたので、水平型CVD装置を用いてより簡便に均一なh−BN膜が形成できるようになる。   As described above, according to the present invention, the horizontal reaction tube is provided with the sub-reaction tube whose inlet side is closed, so that it can be more easily and uniformly formed using the horizontal CVD apparatus. An h-BN film can be formed.

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述では、原料ガスとしてアンモニアボランのガスを用いたが、これに限るものではない。例えば、トリエチルボロンおよびアンモニアのガスをソースガスとしてもよい。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious. For example, in the above description, ammonia borane gas is used as the source gas, but the present invention is not limited to this. For example, triethylboron and ammonia gas may be used as the source gas.

101…反応管、102…導入口、103…排出口、104…原料ガス供給部、105…副反応管、106…部分、107…開口部、108…基板載置台、109…ヒータ(加熱部)、109a…端部、121…成長基板。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Reaction tube, 102 ... Inlet port, 103 ... Discharge port, 104 ... Raw material gas supply part, 105 ... Sub reaction tube, 106 ... Part, 107 ... Opening part, 108 ... Substrate mounting table, 109 ... Heater (heating part) 109a ... end portions, 121 ... growth substrate.

Claims (5)

水平型の反応管と、
前記反応管の一端に設けられた原料ガスを導入する導入口と、
前記反応管の他端に設けられた排出口と、
前記導入口より前記反応管に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記反応管の内部に前記反応管の延在方向と同一の方向に延在して配置されて前記導入口の側が閉口されて前記排出口の側に開口部を備える副反応管と、
前記反応管の内部に配置されて処理対象の基板が載置される基板載置台と、
前記反応管の内部を加熱する加熱部と
を備えることを特徴とする窒化ホウ素膜の成長装置。
A horizontal reaction tube,
An inlet for introducing a raw material gas provided at one end of the reaction tube;
A discharge port provided at the other end of the reaction tube;
A source gas supply unit for supplying source gas to the reaction tube from the inlet;
A sub-reaction tube that is disposed in the reaction tube in the same direction as the reaction tube and is closed on the inlet side and has an opening on the discharge side;
A substrate platform on which a substrate to be treated is placed and placed inside the reaction tube;
And a heating unit that heats the inside of the reaction tube.
請求項1記載の窒化ホウ素膜の成長装置において、
前記反応管の延在方向において、前記加熱部による加熱領域の前記排出口の側の端部の位置は、前記副反応管の開口部と同じ位置とされている
ことを特徴とする窒化ホウ素膜の成長装置。
The boron nitride film growth apparatus according to claim 1,
In the extending direction of the reaction tube, the position of the end portion on the discharge port side of the heating region by the heating unit is the same position as the opening of the sub-reaction tube. Growth equipment.
請求項1または2記載の窒化ホウ素膜の成長装置において、
前記基板載置台は、前記開口部より内側に130mm〜230mmの範囲に配置されている
ことを特徴とする窒化ホウ素膜の成長装置。
The boron nitride film growth apparatus according to claim 1 or 2,
The substrate mounting table is arranged in a range of 130 mm to 230 mm inside the opening. The boron nitride film growth apparatus.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の窒化ホウ素膜の成長装置において、
前記基板載置台は、前記基板の平面を前記反応管の延在方向に対して平行に配置する
ことを特徴とする窒化ホウ素膜の成長装置。
In the growth apparatus of the boron nitride film of any one of Claims 1-3,
The substrate mounting table is configured to arrange a plane of the substrate parallel to the extending direction of the reaction tube.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の窒化ホウ素膜の成長装置を用いた窒化ホウ素膜の成長方法であって、
前記基板載置台の上に窒化ホウ素の成長の触媒となる触媒金属から構成された成長基板を載置する第1工程と、
前記反応管の内部を前記加熱部により加熱することで前記成長基板を加熱する第2工程と、
前記導入口から原料ガスを供給する第3工程と、
前記導入口から供給された原料ガスが前記排出口に向けて流れている状態で、加熱された前記成長基板の上に六方晶系の窒化ホウ素からなる窒化ホウ素膜を成長させる第4工程と
を備えることを特徴とする窒化ホウ素膜の成長方法。
A method for growing a boron nitride film using the boron nitride film growth apparatus according to any one of claims 1 to 4,
A first step of placing a growth substrate composed of a catalytic metal serving as a catalyst for the growth of boron nitride on the substrate placement table;
A second step of heating the growth substrate by heating the inside of the reaction tube by the heating unit;
A third step of supplying a source gas from the inlet;
A fourth step of growing a boron nitride film made of hexagonal boron nitride on the heated growth substrate in a state where the source gas supplied from the introduction port flows toward the discharge port; A method of growing a boron nitride film, comprising:
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